一种氢燃料电池的氢气回路测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及氢气回路测试技术领域，特别是涉及一种氢燃料电池的氢气回路测试系统及测试方法。

背景技术

在氢燃料电池中，主流的氢气回路至少包括组合阀(由电磁阀、比例阀和安全阀组成)与循环泵、或氢喷阀与循环泵、或组合阀与引射器、或氢喷阀与引射器等。其中，组合阀与氢喷阀的在回路中作用相同，可以相互代替，作用均为控制氢气的入堆压力。引射器与循环泵在回路中作用相同，可以相互代替，作用均为循环未反应的氢气，提高氢气利用率。根据电池堆特性与性能，引射器与循环泵可以产生多种结构的串并联搭配。目前针对氢气回路的测试方式主要有两种：一种是对各部件进行单独的性能测试，在测试过程中需要更换部件；另一种是对串联的多个部件进行整体测试，在测试过程中只能测试单个回路的性能。因此，目前的测试方式效率低下。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢燃料电池的氢气回路测试系统，具备多回路测试功能，使测试效率高。

为了实现上述目的，一方面本发明提供一种氢燃料电池的氢气回路测试系统，包括：

气源装置，用于输出稳定压力的氢气；

测试装置，包括比例阀、氢喷阀、安全阀、引射器和循环泵，所述比例阀的入口通过第一隔离阀与所述气源装置的出口连通，所述氢喷阀的入口通过第二隔离阀与所述气源装置的出口连通，所述引射器的第一入口通过第二电磁阀分别与所述比例阀的出口以及所述氢喷阀的出口连通，所述第二电磁阀的入口和引射器的出口并联有第一电磁阀，所述比例阀的出口与所述安全阀的入口相连通；

模拟装置，包括依次连通的第一调节阀、容积罐和换热器，所述第一调节阀的入口分别与所述引射器的出口及所述循环泵的出口连通；所述换热器的出口通过第三电磁阀与所述循环泵的入口连通，所述换热器的出口通过第四电磁阀与所述引射器的第二入口连通；

其中，所述气源装置的出口安装有第一流量传感器和第一温度传感器，所述第一调节阀的入口还安装有第二流量传感器和第二压力传感器。

在一些实施例中，所述气源装置包括依次连通的气罐、过滤器和减压阀，所述减压阀的出口分别与所述第一隔离阀及所述第二隔离阀连通。

在一些实施例中，所述氢喷阀设有多个，且多个所述氢喷阀相并联。

在一些实施例中，所述模拟装置还包括储水箱、水泵、加热水箱和增湿器，所述储水箱、水泵、加热水箱和换热器循环连通，所述增湿器的入口与所述储水箱连通，所述增湿器的出口与所述换热器的出口密封连通。

在一些实施例中，所述加热水箱通过第二温度传感器与所述换热器连通，所述换热器的出口还安装有湿度传感器。

在一些实施例中，所述氢气回路测试系统还包括汽水分离器和尾排阀，所述汽水分离器的入口与所述换热器的出口连通，所述汽水分离器的出口分别与所述尾排阀的入口、所述第三电磁阀的入口及所述第四电磁阀的入口连通，所述尾排阀的出口与所述储水箱连通。

在一些实施例中，所述汽水分离器的入口安装有第三压力传感器和第三温度传感器，所述汽水分离器的出口还依次连通有第二调节阀和消声器，所述第二调节阀的入口安装有第三流量传感器。

在一些实施例中，所述循环泵的入口安装有第四压力传感器，所述循环泵的出口安装有第四流量传感器和第五压力传感器；所述第四电磁阀的出口安装有第五流量传感器和第六压力传感器；所述第一隔离阀的出口安装有第一压力传感器。

另一方面本发明提供一种氢燃料电池的氢气回路测试系统的测试方法，包括：

开启气源装置，通过所述第一流量传感器和所述第一温度传感器检测从所述气源装置进入到所述测试装置中氢气的流量和温度，

在所述比例阀和所述氢喷阀中选取一个进行测试；

若选取所述比例阀，则开启所述第一隔离阀，关闭所述第二隔离阀，使氢气流经所述比例阀；

若选取所述氢喷阀，则关闭所述第一隔离阀，开启所述第二隔离阀，使氢气流经所述氢喷阀；

判断是否对所述引射器进行测试；

若不对所述引射器进行测试，则开启所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，使氢气流经所述模拟装置；

若对所述引射器进行测试，则关闭所述第一电磁阀，开启所述第二电磁阀，使氢气依次流经所述引射器及所述模拟装置；

判断是否对所述循环泵进行测试；

若对所述循环泵进行测试，则开启所述第三电磁阀，关闭所述第四电磁阀，使氢气流经所述循环泵，再通过所述循环泵流经所述模拟装置；

若不对所述循环泵进行测试，则关闭所述第三电磁阀，开启所述第四电磁阀，使氢气流经所述引射器，再通过所述引射器流经所述模拟装置；

通过所述第二流量传感器和所述第二压力传感器检测从所述测试装置排出氢气的流量和气压；

将所述第二流量传感器检测的流量与所述第一流量传感器检测的流量进行比较，据此判断所述测试装置的性能。

在一些实施例中，当氢气流经模拟装置时，调节第一调节阀使氢气依次流过容积罐、换热器和增湿器，对管路中氢气的流阻、温度和湿度进行调节。

本发明提供一种氢燃料电池的氢气回路测试系统，与现有技术相比，其有益效果在于：

设置的所述比例阀的入口通过第一隔离阀与所述气源装置的出口连通，所述氢喷阀的入口通过第二隔离阀与所述气源装置的出口连通，通过控制第一隔离阀和第二隔离阀使得氢气流经氢喷阀或比例阀进行测试；设置的所述引射器的第一入口通过第二电磁阀分别与所述比例阀的出口以及所述氢喷阀的出口连通，所述第二电磁阀的入口和引射器的出口并联有第一电磁阀，通过控制第一电磁阀和第二电磁阀使得氢气流过或不流过引射器进行测试；设置的模拟装置包括依次连通的第一调节阀、容积罐和换热器，所述换热器的出口通过第四电磁阀与所述引射器的第二入口连通，设置的所述循环泵的入口通过第三电磁阀与所述换热器的出口连通，通过控制第三电磁阀和第四电磁阀使氢气流过或不流过循环泵进行测试，以此实现对氢喷阀、比例阀、引射器和循环泵不同组合构成的多种氢气回路进行测试，具备多回路测试功能，使测试效率高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的氢燃料电池的氢气回路测试系统的原理结构图。

图中：100、氢气回路测试系统；1、气源装置；2、比例阀；3、氢喷阀；4、安全阀；5、引射器；6、第一隔离阀；7、第二隔离阀；8、第二电磁阀；9、第一电磁阀；10、模拟装置；11、第一调节阀；12、容积罐；13、换热器；14、第三电磁阀；15、引射器；16、第四电磁阀；17、第一流量传感器；18、第一温度传感器；19、第一压力传感器；20、第二流量传感器；21、第二压力传感器；22、气罐；23、过滤器；24、减压阀；25、储水箱；26、水泵；27、加热水箱；28、增湿器；29、第二温度传感器；30、湿度传感器；31、汽水分离器；32、尾排阀；33、第三压力传感器；34、第三温度传感器；35、第二调节阀；36、消声器；37、第三流量传感器；38、第四压力传感器；39、第四流量传感器；40、第五压力传感器；41、第五流量传感器；42、第六压力传感器；43、第六电磁阀；44、第五电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要理解的是，在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明一个实施例提供的氢燃料电池的氢气回路测试系统100，包括：

气源装置1，用于输出稳定压力的氢气；气源装置包括依次连通的气罐22、过滤器23和减压阀24，减压阀24的出口分别与第一隔离阀6及第二隔离阀7连通。在工作时，气罐22内的高压氢气经过过滤器23过滤后从减压阀24中排出，而减压阀24能够将氢气的气压减小至需要的压力，并且使氢气从减压阀24的出口稳定输出。

测试装置，包括比例阀2、氢喷阀3、安全阀4、引射器5和循环泵15，比例阀2的入口通过第一隔离阀6与气源装置1的出口连通，氢喷阀3的入口通过第二隔离阀7与气源装置1的出口连通，引射器5的第一入口通过第二电磁阀8分别与比例阀2的出口以及氢喷阀3的出口连通，第二电磁阀8的入口和引射器5的出口并联有第一电磁阀9，比例阀2的出口与安全阀4的入口相连通；工作时，氢喷阀3、比例阀2、引射器5和循环泵15不同组合构成多个氢气回路进行测试。

模拟装置10，包括依次连通的第一调节阀11、容积罐12和换热器13，第一调节阀11的入口分别与引射器5的出口及循环泵15的出口连通；换热器13的出口通过第三电磁阀14与循环泵的入口连通，换热器13的出口通过第四电磁阀16与引射器5的第二入口连通。工作时，通过调节第一调节阀1的开度来模拟氢燃料电池在实际工作时氢气经过电池堆后的压力损失，使得测试结构更贴近实际工况；容积罐12用于模拟氢燃料电池在实际工作时电池堆阳极一侧的实际容量；换热器13能够对流经的氢气温度进行调节，模拟氢燃料电池在实际工作时氢气的温度。

需要说明的是，在上述各部件的连通具体采用气路连通的方式实现，具体采用金属管道或聚合物管道。

在一个实施例中，气源装置1的出口安装有第一流量传感器17和第一温度传感器18，通过第一流量传感器17和第一温度传感器18来检测气源装置1输出氢气的流量和温度，根据实际需要，气源装置1上还可以安装压力传感器用于检测气源装置1输出的气压大小。第一调节阀11的入口还安装有第二流量传感器20和第二压力传感器21，通过第二流量传感器20和第二压力传感器21来检测测试装置输出氢气的流量和气压。

在实际测试过程中，通过控制第一隔离阀6、第二隔离阀7、第一电磁阀9、第二电磁阀8、第三电磁阀14和第四电磁阀16的开启或关闭形成多种不同的氢气回路。

基于上述的设置，比例阀2的入口通过第一隔离阀6与气源装置1的出口连通，氢喷阀3的入口通过第二隔离阀7与气源装置1的出口连通，通过控制第一隔离阀6和第二隔离阀7使得氢气流经氢喷阀3或比例阀2进行测试；引射器5的第一入口通过第二电磁阀8分别与比例阀2的出口以及氢喷阀3的出口连通，第二电磁阀8的入口和引射器5的出口并联有第一电磁阀9，通过控制第一电磁阀9和第二电磁阀8使得氢气流过或不流过引射器5进行测试；模拟装置10包括依次连通的第一调节阀11、容积罐12和换热器13，第一调节阀11的入口分别与引射器5的出口及循环泵15的出口连通；换热器13的出口通过第三电磁阀14与循环泵的入口连通，换热器13的出口通过第四电磁阀16与引射器5的第二入口连通，通过控制第三电磁阀14和第四电磁阀16使氢气流过或不流过循环泵15进行测试，以此实现对氢喷阀3、比例阀2、引射器5和循环泵15不同组合构成的多种氢气回路进行测试，具备多回路测试功能，使测试效率高。

在一个实施例中，氢喷阀3设有多个，且多个氢喷阀3相并联。能够满足同时多个氢喷阀3的测试需求。

进一步的，模拟装置还包括储水箱25、水泵26、加热水箱27和增湿器28，储水箱25、水泵26、加热水箱27和换热器13循环连通，增湿器28的入口与储水箱25连通，增湿器28的出口与换热器13的出口密封连通。在工作时，储水箱25为加热水箱27提供水源，通过水泵25进行输送，加热水箱27产生的热水通过换热器13进行热量交换，能够对流经换热器13的氢气进行加热，从而调节氢气的温度；储水箱25还为增湿器28提供水源，增湿器28产生水雾能够对从换热器13排出的氢气增加湿度，从而调节氢气的湿度。

在一个实施例中，加热水箱27通过第二温度传感器29与换热器13连通，第二温度传感器29用于测量加热水箱27的排出水温。换热器13的出口还安装有湿度传感器30，换热器13对氢气温度进行调节后排出，再经过增湿器28进行湿度调节，之后通过湿度传感器30对氢气湿度进行检测。

在一个实施例中，氢气回路测试系统100还包括汽水分离器31和尾排阀32，汽水分离器31的入口与换热器13的出口连通，当增湿器28进行増湿的过程中不可避免产生凝结的水，通过汽水分离器31进行分离；汽水分离器31的出口分别与尾排阀32的入口、第三电磁阀14的入口及第四电磁阀16的入口连通，尾排阀32的出口与储水箱25连通，其中汽水分离器31分离出来的水从尾排阀32中排出，分离出来的氢气通过第三电磁阀14或第四电磁阀16中排出。

具体的，汽水分离器31的入口安装有第三压力传感器33和第三温度传感器34，用于检测氢气进入到汽水分离器31内的气压和温度；汽水分离器31的出口还依次连通有第二调节阀35和消声器36，第二调节阀35的入口安装有第三流量传感器37。当第三电磁阀14和第四电磁阀16都关闭时，调节第二调节阀35使氢气从消声器中排出。

在一个实施例中，循环泵15的入口安装有第四压力传感器38，用于检测循环泵15入口的气压。循环泵15的出口安装有第四流量传感器39和第五压力传感器40，用于检测循环泵15出口的流量及气压；第四电磁阀16的出口安装有第五流量传感器41和第六压力传感器42，用于检测第四电磁阀16的出口流量和气压；第一隔离阀6的出口安装有第一压力传感器19，用于检测第一隔离阀6的出口气压。

为了进一步提升测试系统的数量，循环泵15的出口通过第五电磁阀44与引射器5的第二入口连通，循环泵15的出口通过第六电磁阀43与第一调节阀11的入口连通。开启第五电磁阀44，关闭第六电磁阀43使氢气从循环泵15流经到引射器5的第二入口；关闭第五电磁阀44，开启第六电磁阀43使氢气从循环泵15流经到第一调节阀11的入口。

本发明另一个实施例提供的氢燃料电池的氢气回路测试系统的测试方法，包括：

开启气源装置1，通过第一流量传感器17和第一温度传感器18检测从气源装置1进入到测试装置中氢气的流量和温度，

在比例阀2和氢喷阀3中选取一个进行测试；

若选取比例阀2，则开启第一隔离阀6，关闭第二隔离阀7，使氢气流经比例阀2；

若选取氢喷阀3，则关闭第一隔离阀6，开启第二隔离阀7，使氢气流经氢喷阀3；

判断是否对引射器5进行测试；

若不对引射器5进行测试，则开启第一电磁阀9，关闭第二电磁阀8，使氢气流经模拟装置10；

若对引射器5进行测试，则关闭第一电磁阀9，开启第二电磁阀8，使氢气依次流经引射器5及模拟装置10；

判断是否对循环泵15进行测试；

若对循环泵15进行测试，则开启第三电磁阀14，关闭第四电磁阀16，使氢气流经循环泵，再通过循环泵15流经模拟装置10；

若不对循环泵15进行测试，则关闭第三电磁阀14，开启第四电磁阀16，使氢气流经引射器5，再通过引射器5流经模拟装置10；

通过第二流量传感器20和第二压力传感器21检测从测试装置排出氢气的流量和气压；

将第二流量传感器20检测的流量与第一流量传感器17检测的流量进行比较，据此判断测试装置的性能。

基于上述的测试方法，实现对多种氢气回路进行测试，具备多回路测试功能，使测试效率高。

在另一个实施例中，当氢气流经模拟装置10时，调节第一调节阀11使氢气依次流过容积罐12、换热器13和增湿器28，对管路中氢气的流阻、温度和湿度进行调节。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。